SU903560A1 - Reduced-density plugging solution for consolidating high-temperature oil and gas wells - Google Patents

Description

39 120-150 С и выше. Низка  плотность такого раствора достигаетс  за счет низких плотностей самого основного в жущего вещества - феррохромового шлака (2,70 г/см) и гидратационного активного наполнител  - керам зитовой пыли (2,50 г/см). Высока  водопотребность смеси обуславливаетс  большой загущающей способностью алюмината натри  (NaAlO.), а также большим расходом воды на смачивание высокодисперсной твердой фазы. Последнее вызвано тем, что феррохромовый шлак и керамзитова  пыль наход тс  в тонкодисперсном состо нии, и их удельна  поверхность доходит до 6000 . Феррохромовый шлак представл ет собой тонкодисперсную шлаковую пыль, образующую с  в результате расклинивающегос  действи  двухкальциевого силиката в )С-форме при силикатном распаде, например самораспавшийс  шлак от производства рафинированного флюсово го феррохрома. Такой шлак состоит почти на 100% из кристаллической фаз характеризующейс -наибольшим содержа нием jCjS 60-70%, 10-20% в шлаке составл ют шпийели, алюминаты кальци  и магни , 5-15% - двухкальциевы силикат в -форме, остальное мервенит, рудное вещество и RO-фаза около 10%. По химическому составу основные металлургические шлаки с модулем ос новности L±MoO. гЛ«гОг, более 1j5 характеризуютс  наибольшим количеством окиси кальци  (055% ) Содержание кремнезема в таких шлаках 20/55%. На долю глинозема пр ходитс  и окись магни  до 10% Феррохромовый шлак  вл етс  отвальным закристаллизованным распавшимс  шлаком черной металлургии. Ке рамзитова  пыль  вл етс  отходом производства легкого вспученного заполнител  дл  бетона - керамзита. Химический состав ее характеризуетс следующими данными, %: SiQi O-60; AlflO, 15-10; CaO 10-20; ППП 10-15; FLO. 2-V,MgO 2-5; SO, 1-3; K..O NajO 2-5. Така  пыль гидратационно активна и при высокой температуре за счет присутстви  кальци  и магни , а также алюмосиликатного стекла про вл - ет в жущие свойства и может самосто тельно твердеть, Алюминат натри  представл ет собой соль слабой кислоты (НАЮ) и сильного основани . Он  вл етс  продуктом химической промышленности, а также побочным продуктом р да производств , например в пищевой промышлен .ности. Кроме этого, алюминат натри  может быть получен химическим путем нагреванием в водной среде до 70С гидроокиси алюмини  и каустической соды при избытке последней. После нагревани  до реакци  протекает экзотермически с повышением температуры до . В результате образуетс  светло-желта  жидкость с плотностью 1,22-1,42 г/см®, имеюща  рН около 13. Наилучшие результаты по стабильности приготовленного продукта алюмината натри  получаютс  при соотношении каустической соды и гидроокиси алюмини  (каустический модуль ), равном 0,8. В этом А1(ОН)в случае после 15-20-минутного кипени  при 113° С получаетс  40%-ный раствор алюмината натри  (NaAlOg) с плотностьй 1, г/см. Реакци  идет по уравнению 2А1 (ОН)з-t-ZNaOH 2NaM.O +4HtO Пример 1. Берут 100 г феррохромового шлака, г керамзитовой пыли и 1,5 г алюмината натри . При затворении смеси водой с учетом воды, вносимой раствором алюмината натри  с концентрацией 40%, общее количество воды составл ет 151 мл, а общее водосодержание смеси 128%. При этом растекаемость раствора на стандартном конусе АзНИИ 20 см, а плотность его 1,37 г/см. Сроки схватывани  раствора при характеризуютс  следующими данными: начало - 2 ч, конец 3 ч. Образующийс  при твердении камень имеет механическую прочность после твердени  при в течение суток на изгиб 10 кгс/см, на сжатие 28 кгс/см2. Пример 2. Берут 100 г феррохромового шлака, 31 г керамзитовой пыли и 2,9 г алюмината натри . При затворении смеси водой с учетом воды, вносимой раствором алюмината натри  с концентрацией 40%, общее количество воды составл ет 197 мл, а общее водосодержание смеси 150%. При этом растекаемость раствора на стандартном конусе АзНИИ 19 см, а плотность его 1,28 г/см. Сроки схватывани  раствора при 120°С характеризуют- S с  следующими данными: начало -2ч 30 мин, конец -3м. Образующийс  при твердении камень имеет механическую прочность после твердени  при 120 С в течение суток на изгиб 6 кгс/см, на сжатие 20 кгс/см.39 120-150 C and above. The low density of such a solution is achieved due to the low densities of the most basic binding substance — ferrochromic slag (2.70 g / cm) and hydration active filler — ceramite silica dust (2.50 g / cm). The high water demand of the mixture is due to the high thickening ability of sodium aluminate (NaAlO.), As well as the high consumption of water for wetting the highly dispersed solid phase. The latter is caused by the fact that ferrochrome slag and expanded clay dust are in a finely dispersed state, and their specific surface reaches 6000. Ferrochrome slag is a finely dispersed slag dust that forms as a result of the propping effect of dicalcium silicate c) C-form during silicate decomposition, such as self-dissolved slag from the production of refined flux ferrochrome. This slag consists of almost 100% of the crystalline phases, characterized by the highest content jCjS 60-70%, 10-20% in the slag are spicels, calcium and magnesium aluminates, 5-15% - dicalcium silicate in the form, the rest is Mervenite, ore matter and RO phase of about 10%. By chemical composition, the main metallurgical slags with the basic module L ± MoO. GLO, more than 1j5, are characterized by the largest amount of calcium oxide (055%). The silica content in such slags is 20/55%. Alumina passes to the oxide and magnesium oxide up to 10%. Ferrochromic slag is a dump crystallized decomposed slag of ferrous metallurgy. Keramite dust is a waste from the production of a lightweight expanded aggregate for concrete - expanded clay. Its chemical composition is characterized by the following data,%: SiQi O-60; AlflO, 15-10; CaO 10-20; SPT 10-15; FLO. 2-V, MgO 2-5; SO, 1-3; K..O NajO 2-5. Such dust is hydration-active and at high temperature due to the presence of calcium and magnesium, as well as aluminosilicate glass, shows toughing properties and can harden itself. The sodium aluminate is a salt of a weak acid (NAY) and a strong base. It is a product of the chemical industry, as well as a by-product of a number of industries, for example in the food industry. In addition, sodium aluminate can be obtained chemically by heating in an aqueous medium to 70 ° C aluminum hydroxide and caustic soda with an excess of the latter. After heating, the reaction proceeds exothermically as the temperature rises to. The result is a light yellow liquid with a density of 1.22-1.42 g / cm®, having a pH of about 13. The best results on the stability of the prepared sodium aluminate product are obtained with a ratio of caustic soda and aluminum hydroxide (caustic module) equal to 0, eight. In this A1 (OH), in the case of a boiling point of 15-20 minutes at 113 ° C, a 40% sodium aluminate solution (NaAlOg) with a density of 1 g / cm is obtained. The reaction proceeds according to the equation 2A1 (OH) s-t-ZNaOH 2NaM.O + 4HtO. Example 1. Take 100 g of ferrochrome slag, g of claydite dust and 1.5 g of sodium aluminate. When mixing the mixture with water, taking into account water introduced by sodium aluminate solution with a concentration of 40%, the total amount of water is 151 ml, and the total water content of the mixture is 128%. At the same time, the spreadability of the solution on the standard cone of AzNII is 20 cm, and its density is 1.37 g / cm. The setting time of the solution is characterized by the following data: start - 2 hours, end 3 hours. The stone formed during hardening has mechanical strength after hardening for a day at a bend of 10 kgf / cm, 28 kgf / cm2 for compression. EXAMPLE 2 100 g of ferrochromic slag, 31 g of clay dust and 2.9 g of sodium aluminate are taken. When mixing the mixture with water, taking into account the water introduced by sodium aluminate solution with a concentration of 40%, the total amount of water is 197 ml, and the total water content of the mixture is 150%. At the same time, the spreadability of the solution on the standard cone of AzNII is 19 cm, and its density is 1.28 g / cm. The setting time of the solution at 120 ° C is characterized by S with the following data: start -2 hours 30 minutes, end -3 meters. The stone formed during hardening has a mechanical strength after hardening at 120 ° C for a day at a bend of 6 kgf / cm, and in compression of 20 kgf / cm.

Пример 3 Берут 100 г феррохромового .шлака, 22,5 г керамзитовой пыли и 2,2 г алюмината натри . При затворении смеси водой с учетом воды,$ вносимой раствором алюмината натри  с концентрацией kO%, общее количество воды 175 г, а общее водосодержание 1«5. При этом растекаемость раствора на стандартном конусе АзНИИ 20 22 см, а плотность его 1,33 г/см. Сроки схватывани  раствора при характеризуютс  следующими данными: начало - 2 ч, конец - 2 ч iS мин. Образующийс  при твердении камень 25 имеет механическую прочность после твердени  при в течение суток, на изгиб 8 кгс/см, на сжатие 25 кгс/см.Example 3 100 g of ferrochrome slag, 22.5 g of expanded clay dust and 2.2 g of sodium aluminate are taken. When mixing the mixture with water, taking into account water, $ introduced by a solution of sodium aluminate with a concentration of kO%, the total amount of water is 175 g, and the total water content is 1 «5. At the same time, the spreadability of the solution on the standard cone of AzNII is 20 22 cm, and its density is 1.33 g / cm. The setting time of the solution is characterized by the following data: start - 2 hours, end - 2 hours iS min. The stone 25, formed during hardening, has mechanical strength after hardening, during a day, at a bend of 8 kgf / cm, and at a compression of 25 kgf / cm.

Использование данного тампонажного раствора обеспечивает по сравнению с известными достижение более низкой плотности (1,22-,« г/см); сравнительно высокую механическую прочность образующегос  цементного камн  при низкой плотности последнего , возможность повышени  качества тампонажных работ в нефт ных и газовых скважинах, имеющих аномально низкие пластовые давлени  и там, где очень велика возможность гидроразрыва пласта, дешевизну тампонажного материала , котора  предопредел етс  тем обсто тельством, что два компонента  вл ютс  промышленными отходами.The use of this cement slurry provides in comparison with the known achievement of a lower density (1.22-, g / cm); the relatively high mechanical strength of the resulting cement stone at a low density of the latter, the possibility of improving the quality of grouting operations in oil and gas wells with abnormally low reservoir pressures and, where the possibility of hydraulic fracturing is very high, the cheapness of the cement material, which is determined by the fact that the two components are industrial waste.

В табл. 1 и 2 представлёкш дант ные результатов испытани  предлагаемого тампонажного раствора и известного облегченного тампонажного цемента .In tab. Figures 1 and 2 present the results of testing the proposed cement slurry and the known lightweight cement slurry.

Эти данные показывают, что данный тампонажный раствор обеспечивает получение гораздо более низкой плотности при сохранении необходи1 «1|х дл  прокачивани  сроков охватывани  при высокой температуре и приемлемой механической прочности образующегос  уже через 2 ч цементного камн .These data show that this cement slurry provides a much lower density while maintaining the need for 1 ~ x for pumping the sweep time at a high temperature and acceptable mechanical strength of the cement stone formed after 2 hours.

Таким образом, применение предложенного тампонажного раствора обеспечивает получение более низкой плотности по сравнению с 1(13вестным с одновременным повышением эффективности изол ционных работ в скважинах с аномально низкими пластовыми давлени ми.Thus, the use of the proposed cement slurry provides a lower density compared to 1 (13 known with a simultaneous increase in the efficiency of insulation works in wells with abnormally low reservoir pressures.

I/ЧI / H

оabout

JfJf

0000

f.f.

1/41/4

toto

«м"M

§§

ff

о about

oo r.oo r.

oooo

vOvO

00 in00 in

soso

- oo- oo

II

AA

CM tnCM tn

ПЛSubmarine

СвSt

Л L

00

(M(M

COCO

оabout

II

LTVLTV

о Iabout i

J«MJ "M

oo ooo o

ГЛ CMHL CM

оabout

NONO

1Л1L

oooo

oooo

oooo

COCO

oooo

0000

-ay-ay

JtJt

-a-a

оabout

оabout

rf trf t

о Iabout i

rfrf

II

II

II

CMCM

«"

rfrf

--

--

«TV"TV

II

II

CMCM

CNICNI

о илabout silt

оabout

оabout

NONO

oooo

CM «MCM "M

CMCM

CslCsl

CMCM

RR

NONO

«M 1Л"M 1L

CNICNI

NONO

inin

oooo

ОЧPTS

оabout

4four

CMCM

CMCM

tntn

о гabout g

0000

о , оoh oh

о «about "

сч I -CQ I -

смcm

ю Yu

хx

вat

01 X01 X

Claims (2)

11903 Формула изобретени  Тампонажный раствор пониженной плотности дл  креплени  высокотемпературных нефт ных и газовых скважин, содержащий в качестве основы в жущее , добавки и.воду, отличающийс  тем, что, с целью снижени  плотности тампонажного раствора, он содержит в качестве в жущего феррохрсмовый шлак, а в качестве добавок - кеч рамзитовую пыль и алюминат натри  при следующем соотношении компонентов, вес.ч: Феррохромовый шлак100 Керамзитова  пыль14-31 Алюминат натри 1,5-2,9 Вода151-197 Источники информации, прин тые вовнимание при экспертизе 1. Данюшевский B.C. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам .М,, Недра, 1973 с. 15-20, , 11903 Claims of the Invention Low-density cement slurry for fastening high-temperature oil and gas wells containing, as a base for a treadmill, additives and water, characterized in that, in order to reduce the cement slurry density, it contains as additives, ketch ramite dust and sodium aluminate with the following ratio of components, parts by weight: Ferrochromic slag100 Expanded clay dust14-31 Sodium aluminate 1.5-2.9 Water151-197 Sources of information taken during examination 1. Danushevsky B.C. and others. Reference guide for grouting materials. M, Nedra, 1973 p. 15-20, 2. Авторское свидетельство СССР Vf 632826, кл. Е 21 В 33/138, 1971 (прототип).2. USSR author's certificate Vf 632826, cl. E 21 V 33/138, 1971 (prototype).